Методы получения синтез-газа и особенности каталитических синтезов на его основе

32. Методы получения синтез-газа и особенности каталитических синтезов на его основе

Термин «синтез-газ» относится к разным смесям монооксида углерода (СО) и водорода (Н₂), которые используются для по­лучения некоторых нефтехимических продуктов. Его в основном получают из природного газа (метана). Действительно, важ­нейшие вещества — аммиак, метанол и парафиновые углеводороды — получают именно из синтез-газа.

Существуют два основных метода получения синтез-газа - конверсия метана с водяным паром и парциальное (частичное) окисление. Оба метода довольно просты. Конверсия с паром со­стоит в пропускании метана или нафты и водяного пара над никелевым катализатором. Реакция протекает за счет разрушительной силы высоких тем­ператур и давлений, и ее следует проводить в реакторах, ана­логичных печам крекинга.

При этом происходят побочные процессы, при водящие к образованию СО₂ и углерода. Углерод откладывается на катализаторе и дезактивирует его.

Другой метод — это парциальное (частичное) окисление метана. Процесс проводят при высоких температурах без катализатора. Метод парциального окисления обычно используют для пре­вращения более тяжелых видов сырья — от нафты до остаточно­го топлива — в тех случаях, когда в распоряжении нет природ­ного газа и легких углеводородов (этана, пропана и бутана).

В обоих процессах выход суммы СО и Н₂ составляет 90 - 95%. В качестве побочного продукта получают СО₂, который можно удалить либо экстрак­цией растворителем, либо можно ввести в реакцию с водяным паром дополнительное количество ме­тана, что даст СО и Н₂. Эта реакция протекает при высо­ких температурах и давлениях и в присутствии никелевого ката­лизатора.

Обычно установка по производству синтез-газа бывает интегрирована в структуру завода, на котором он перерабатывается. Единственным приемлемым способом транспортиром, синтез-газа является его транспортировка по трубопроводам.

Наиболее важной областью применения синтез-газа является производство аммиака - NH₃. Смесь азота и водорода пропускают над железным катализатором (который со­держит оксид алюминия в качестве промотора). Реакция проходит в очень жестких условиях — при температуре 420^оС и давлении 280 атм.

Большая часть установок по производству аммиака снабжена оборудованием для отделения СО от сырья, так как СО может отравлять катализатор. Чаще всего с этой целью СО обрабатывают водяным паром для получения СО и Н₂. Диоксид углерода удаляют экстракцией этаноламином, а Н₂ направляют на рециркуляцию.

Рекомендуемые материалы

Метанол часто называют древесным спиртом. Это связано с тем, что первым промышленным способом получения метанола была сухая перегонка свежеспиленной древесины лиственных деревьев. Помимо других соединений в летучей фракции присутствует метанол. Отсюда и произошло название «древесный спирт».

Рекомендация для Вас - 15 Политические партии и движения.

С 1923 г. метанол производится в промышленности из синтез-газа; в настоящее время большую часть метанола получают имен­но таким методом. По нескольким причинам эти установки обычно строят вблизи установок для производства аммиака или даже объединяют с ними. Технология и оборудование аналогич­ны, и в производстве метанола можно использовать СО₂, обра­зующийся при синтезе аммиака. В этом случае СО₂ вводят в реакцию с метаном и водяным паром над никеле­вым катализатором, приводящую к образованию дополнитель­ного количества СО и Н₂, которые затем взаимодействуют, да­вая метанол. Процесс проводят при давлении 67 – 100 атм. И температуре 200 – 260^оС  на катализаторах на основе оксидов меди и цинка.

Каталитическое гидрирование  оксида углерода  (синтез Фишера-Тропша) для   получения   углеводородов, в частности па­рафинов, в основном нормального строения и олефинов, является ге­терогенной реакцией. Проводится она преимущественно над кобальтовыми или нал железными катализаторами с  использованием возможно  более  чистых  смесей  оксида  углерода  и  водорода.

Оптимальные рабочие температуры синтеза различны для различ­ных катализаторов. Никелевые и кобальтовые катализаторы дают опти­мальные результаты при 170-205, железные — при 200-325°С.

Синтез на никелевых катализаторах ведется практически только при нормальном давлении, так как при повышенном давлении резко усиливается образование карбонилов. На железном и кобальтовом катализаторах можно работать без образования карбонилов при давлениях до 20 атм.

Считается, что при синтезе по Фишеру-Тропшу на железных катализаторах оксид углерода гидрируется с образование метиленовой группа, которая затем полимеризуется. Оксид углерода конвертируется в углекислоту. При этом кислород оксида углерода связывается, образуя воду. Этим реакциям благоприятствуют более высокая температура син­теза на железных катализаторах и активность железа по отношению к реакции конверсии.

С технической точки зрения решающее значение при синтезе Фишера-Тропша имеют, во-первых, очень большая теплота реакции ката­литического гидрирования оксида углерода и, во-вторых, необходимость очень точного соблюдения постоянной температуры синтеза. В противном случае значительно возрастает нежела­тельное образование  метана. Кроме того, при высоких температурах на­блюдается отложение углерода на катализаторе, приводящее к быстрой его дезактивации.